智能控制對計(jì)量供熱影響的調(diào)查與分析

文｜天津城建大學(xué) 高曉云 郭春梅

1 前言

2009年低碳經(jīng)濟(jì)與綠色建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇明確指出：我國建筑總面積截至2009年已超過400億m2，并且每年以16～20億m2的速度增長，到2020年將新增200多億m2。建筑單位面積能耗相對較高，建筑使用能耗占全社會(huì)總能耗約28%,在未來20年內(nèi)有可能增至35%?！备鶕?jù)國務(wù)院的部署，“十一五”期間，既有建筑節(jié)能改造工作首先從北方采暖地區(qū)居住建筑供熱計(jì)量和節(jié)能改造做起。在百姓中間大力開展了供熱節(jié)能的宣傳工作，節(jié)能意識(shí)深入人心計(jì)量供熱進(jìn)展仍然較慢。 筆者分析認(rèn)為，其原因在于：供暖系統(tǒng)尚未安裝能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)的智能控制器，當(dāng)家里沒人時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉，剛剛回到家中時(shí)室內(nèi)溫度過低容易導(dǎo)致人體不舒適，另外,現(xiàn)行系統(tǒng)需要經(jīng)常手動(dòng)開啟關(guān)閉，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

2 供暖系統(tǒng)智能控制的現(xiàn)狀

現(xiàn)在用戶室內(nèi)的溫度控制是可以通過溫控閥來實(shí)現(xiàn)。溫控閥是由恒溫控制器、流量調(diào)節(jié)閥及連接件組成，可以人為調(diào)節(jié)設(shè)定溫度，通過溫度傳感器對周圍環(huán)境溫度變化的感應(yīng)來改變流量，進(jìn)而改變散熱器的散熱量，從而來達(dá)到調(diào)控室溫的目的。溫控閥只能是室內(nèi)溫度維持在一定的水平下，當(dāng)家里沒人時(shí)，維持水管不被凍住，雖然這樣節(jié)約了能源，但是在居民回到家中時(shí)室內(nèi)溫度低，會(huì)產(chǎn)生熱舒適性差的缺點(diǎn)。

目前國內(nèi)尚未在供暖系統(tǒng)中設(shè)置室內(nèi)自動(dòng)啟閉控制器，而國外有關(guān)此方面控制方式復(fù)雜，采用網(wǎng)絡(luò)控制或手機(jī)控制的方式，既增加了控制成本，又使控制過程變得復(fù)雜化，且在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)人們普遍接受的控制方式是越簡單越方便越易于被接受。另外，據(jù)文獻(xiàn)可知，我國與外國的供熱系統(tǒng)在水質(zhì)、管理方式、運(yùn)營模式等方面有很多不同，國內(nèi)外熱用戶的消費(fèi)觀和生活習(xí)慣也有差異，因此國外的經(jīng)驗(yàn)和控制方案也不能簡單照搬。

3 供暖系統(tǒng)智能控制器的介紹

供暖系統(tǒng)智能控制器是一種安裝在采暖系統(tǒng)入戶干管上的操作簡單、使用方便的儀器，它由控制面板、單片機(jī)、輸出電路、整流電橋和電動(dòng)控制閥組成，通過控制面板按鍵或遙控器可以設(shè)定采暖系統(tǒng)入戶閥門的定時(shí)開啟和關(guān)閉時(shí)間。

供暖系統(tǒng)智能控制器，根據(jù)氣候、天氣、室溫等條件自動(dòng)控制供暖系統(tǒng)，具有簡單方便又節(jié)能減排一種設(shè)備。對于供暖系統(tǒng)智能控制器的研制，我們可以通過在供暖期每天到試驗(yàn)房間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，采取不同的控制條件并根據(jù)天氣變化情況分別記錄各影響因素對控制器開啟時(shí)間的影響，而后綜合各因素研制。

4 調(diào)查分析

4.1 調(diào)查一、對天津市多個(gè)小區(qū)關(guān)于居民計(jì)量供熱調(diào)查的分析

該項(xiàng)調(diào)查于2012年11月向天津市37個(gè)不同層次的小區(qū)居民發(fā)放的100份調(diào)查問卷中,共完成有效問卷94份，其中，采用計(jì)量供熱的家庭有20家，未采用的家庭有74家。

從調(diào)查顯示的結(jié)果來看，大部分居民認(rèn)為計(jì)量供熱存在①要經(jīng)常開啟關(guān)閉，費(fèi)時(shí)費(fèi)力 ②.剛回到家時(shí)，室溫較低令人不舒適 ③收費(fèi)方式改變了，不知是否能夠真正節(jié)省供暖費(fèi)等問題。

我們對調(diào)查結(jié)果分為“已采用計(jì)量供熱的”和“未采用計(jì)量供熱的”兩部分進(jìn)行分析，可知“已采用計(jì)量供熱的”居民認(rèn)為存在以上幾種問題的，在被調(diào)查對象中所占的比例及希望安裝供暖系統(tǒng)智能控制器的比例（如圖1）：

圖1 采用計(jì)量供熱用戶調(diào)查分析

而“未采用計(jì)量供熱的”的居民認(rèn)為存在以上幾種問題的，在被調(diào)查對象（除去部分老居民區(qū)尚圖2未采用計(jì)量供熱用戶調(diào)查分析未進(jìn)行節(jié)能改造安裝熱計(jì)量表外）中所占的比例希望安裝供暖系統(tǒng)智能控制器的比例為（圖2）。 由圖1、2可知：導(dǎo)致很多家庭不采用計(jì)量供熱主要原因，除去部分老居民區(qū)尚未進(jìn)行節(jié)能改造安裝熱計(jì)量表外，認(rèn)為“要經(jīng)常開啟關(guān)閉，費(fèi)時(shí)費(fèi)力”，“剛回到家時(shí)，室溫較低令人不舒適”的比例占調(diào)查對象的58.5% ，其次認(rèn)為“收費(fèi)方式改變了，不知是否能夠真正節(jié)省供暖費(fèi)”，“不太了解計(jì)量供熱，不想去涉及”這兩項(xiàng)的比例分別達(dá)到41.5%。由此可知，要讓大部分居民接受計(jì)量供熱收費(fèi)方式，還需要解決以上問題。

與此同時(shí),經(jīng)過對調(diào)查結(jié)果的分析是知：已采用計(jì)量供熱的居民,有半數(shù)有意愿安裝供暖系統(tǒng)安裝智能控制器,而未采用計(jì)量供熱的居民則有58.8%的有意愿安裝智能控制器后采用計(jì)量供熱方式。

圖2 未采用計(jì)量供熱用戶調(diào)查分析

4.2 調(diào)查二、對天津市某供熱站計(jì)量供熱現(xiàn)狀的分析

我們對天津市某供熱站的供熱情況進(jìn)行了走訪，該熱源在工藝布局、設(shè)備選型、自動(dòng)化程度等方面均處于天津市領(lǐng)先水平，特別是熱計(jì)量技術(shù)應(yīng)用已處于國內(nèi)先進(jìn)水平。了解到其供暖用戶有36000余戶，采用計(jì)量供熱收費(fèi)方式的有4880戶，約占13.56%，其中采用計(jì)量供熱收費(fèi)方式的用戶中經(jīng)常對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控的占85%。

由此可見，采用計(jì)量供熱收費(fèi)方式的用戶約占13.56%，但從經(jīng)常對系統(tǒng)進(jìn)行控制的比例占85%這個(gè)數(shù)據(jù)上看，可知已采用計(jì)量供熱收費(fèi)方式的用熱戶，由于熱費(fèi)與用熱量掛鉤，因此85%的用戶希望對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。但很多居民反映由于對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)控導(dǎo)致晚上回家時(shí)室內(nèi)溫度低而感到不舒適。同時(shí)表明了熱舒適性差是計(jì)量供熱推廣勉勵(lì)的一個(gè)主要問題，而智能控制可以有效的解決這一問題。

5 建筑的蓄熱對計(jì)量供暖的影響

5.1 建筑的蓄熱特性

通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量傳遞在建筑采暖空調(diào)能耗中占很大的一部分，根據(jù)文獻(xiàn)可知：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身和房間內(nèi)的家具具有蓄熱、放熱特性。從室外通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳遞的熱量會(huì)部分儲(chǔ)存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，內(nèi)熱源和進(jìn)入室內(nèi)的熱量也可以儲(chǔ)存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具中，隨著室內(nèi)外溫度的變化通過對流、輻射等方式釋放或儲(chǔ)存。

通常將建筑中可存儲(chǔ)和釋放能量的物質(zhì)叫做蓄熱體。按照位置的不同，分為內(nèi)蓄熱體和外蓄熱體兩種，如圖3a、圖3b所示。建筑的蓄熱特性受到蓄熱材料的熱容量、導(dǎo)熱系數(shù)、厚度及蓄熱墻體的朝向、保溫性能等諸多因素的影響。

圖3 建筑蓄熱體

由此可知，在供暖系統(tǒng)正常工作時(shí)，熱量通過散熱器釋放到室內(nèi)，同時(shí)熱量也將儲(chǔ)存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具中；如果在一天當(dāng)中系統(tǒng)間歇供熱，即采用計(jì)量供熱，當(dāng)早上供暖系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，溫度并不會(huì)立即降下來，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及家具在這時(shí)會(huì)向室內(nèi)釋放出熱量。這就給系統(tǒng)自動(dòng)開啟時(shí)間的控制造成了影響。

5.2 蓄熱對計(jì)量供熱的影響

通過文獻(xiàn)可知，供暖系統(tǒng)可以通過利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及室內(nèi)蓄熱體具有的蓄熱、釋熱特性來減少建筑能耗，并為室內(nèi)創(chuàng)造舒適的環(huán)境。例如，當(dāng)居民早上出門時(shí)，把供暖系統(tǒng)關(guān)閉，內(nèi)蓄熱體晚上所吸收的熱量及外蓄熱體對陽光的吸收使屋內(nèi)屋外溫差不至于太大而損失能量，同時(shí)延長了室內(nèi)溫度下降的速度?！币虼?，良好的建筑蓄熱能力，是使計(jì)量供暖方式真正起到節(jié)能效果的有利條件。

另一方面，由于推廣計(jì)量供熱方式，需要讓用熱戶回到家時(shí)有很好的熱舒適性，但又要考慮到節(jié)能的要求，這就需要系統(tǒng)控制器能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行可靠的控制，在用熱戶回到家或離開家前合適的時(shí)間自動(dòng)開啟或關(guān)閉閥門。

因此計(jì)量供熱系統(tǒng)安裝的智能控制器需要加入建筑蓄熱這一要素，確定開啟和關(guān)閉時(shí)間。

6 結(jié)論

本文通過對熱用戶對計(jì)量供熱使用及智能控制器計(jì)量供熱的影響的調(diào)查分析表明：

（1）熱舒適性是影響計(jì)量供熱推廣的主要問題，如能夠解決，58.5%的用戶愿意選擇計(jì)量供熱方式繳納熱費(fèi)，實(shí)施便捷的智能控制可以提高居民選擇計(jì)量收費(fèi)方式的積極性；

（2）建筑及家具的蓄熱及放熱特性對智能控制器啟閉時(shí)間的影響還需進(jìn)一步研究。